RGB Temperatur Anzeige (für FHEM)

Um morgens entscheiden zu können, wie dick ich mich für die Fahrradfahrt zur Arbeit anziehen muss, werfe ich einen flüchtigen Blick auf ein Thermometer. Das Problem ist, dass die meisten Thermometer ein Display ohne Beleuchtung haben. Man muss schon genau hingucken und in der Nähe des Thermometers sein um die Zahlen erkennen zu können. Vor allem wenn man die Brille noch nicht auf hat 🙂

Zudem habe ich zwei Funkthermometer – eines zum Messen der Raumtemperatur, das andere zum Messen der Außentemperatur. Diese Thermometer funken auf 868 Mhz zu einem Raspberry Pi mit FHEM. Vorteil bei den Funkthermometern: Ich habe nicht nur eine History in FHEM sondern kann die Thermometer auch sinnvoller platzieren als Kabelgebundene.
Leider ist es noch umständlicher eine App zu öffnen, als auf ein dunkles Thermometer-Display zu gucken 😉 Auch der Versuch ein par FHEM Daten auf einem kleinen Display auszugeben waren nicht zufriedenstellend, da mir die Zahlen noch zu klein waren.

Irgendwann habe ich mich entschieden das Problem mit 7-Segment-Anzeigen zu lösen. Da leuchten die Zahlen aktiv, sie sind groß genug um sie auch aus der Ferne zu erkennen und ich habe die Anzeige nicht mit weiteren Informationen überfrachtet.

Hardware

Die Anzeige besteht aus zwei Zeilen und sechs Spalten.

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Zusätzlich wollte ich ausprobieren, ob man über RGB-LEDs ein zusätzliches visuelles Feedback zur Temperatur abgeben kann, sodass man anhand der Farbe schon auf die ungefähre Temperatur schließen kann – ob sich das bewährt, wird sich zeigen – ansonsten ist es halt nur Kunst 😀

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Die Alufolie war zunächst meine Lösung um die LEDs des darunter liegenden Arduinos zu verbergen, hat sich aber auch als Reflektor bewährt.

Die Platine mit den Anzeigen besteht tatsächlich nur aus den Anzeigen, den LEDs und Stiftleisten. Zum Multiplexen der Anzeige habe ich die gemeinsame Anode der 7-Segment-Anzeigen pro Spalte zusammengefasst, sodass bei der Spaltenauswahl sowohl das Element aus der ersten als auch das aus der zweiten Zeile gleichzeitig angesteuert wird.
Die Auswahl der entsprechenden Segmente erfolgt über Schieberegister. Die jeweils gleichen Segmente der ersten Zeile sind miteinander verbunden und die der zweiten auch. So kann ich über die Anode eine Spalte auswählen und über zwei Schieberegister (pro Zeile eins) die entsprechenden Segmente pro Zeile aufleuchten lassen.
Der Arduino geht spaltenweise durch. Es kann zwar immer nur eine Spalte leuchten, da das Auge aber träger ist, als der Arduino die Spalten durchgeht, sieht es aus als würden alle gleichzeitig leuchten.

 

Eine zweite Platine im gleichen Format beherbergt dann die restliche Elektronik und die Buchsenleisten zum Aufstecken des Display-Boards.

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In der Mitte ein Arduino Nano Nachbau – Vorteil daran ist die fertige Schaltung inklusive USB-Anschluss. Und das zu einem unschlagbaren Preis – wenn man etwas längere Versandzeiten aus China in Kauf nimmt.

Rechts die zwei Schieberegister – diese sind in Reihe geschaltet. Links oben die Transistoren zum Schalten der Spalten und unten die Anschlüsse für die RGB-LEDs.

Hier der professionelle Schaltplan zum Logik-Board 😀

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Hier erkennt man das Stacking der zwei Boards aufeinander mit dem Arduino in der Mitte.

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Als Gehäuse habe ich einen Ikea-Bilderrahmen genommen. Die sind schön dick und können etwas Elektronik aufnehmen.

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So sieht das ganze dann in Aktion aus.

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Software

Den Arduino-Quelltext habe ich auf github hochgeladen: siehe hier

Übergabeformat
Zum Anzeigen der Werte gibt es ein simples Format, was über die serielle Schnittstelle zum Arduino übertragen wird.

1:23,4\n

Mit 1 (oder 2) gibt man die Zeile an, für die man den Wert setzen will. Gefolgt von einem Doppelpunkt und dem Wert der Anzeige. Ob Komma oder Punkt zum Trennen der Dezimalstellen ist egal. Für negative Werte einfach das Minus mit angeben. Ein Zeilenumbruch schließt den Input ab und sagt dem Arduino, dass er den Wert parsen und anzeigen soll.
Das hat den Vorteil, dass die Werte der zwei Zeilen unabhängig voneinander gesetzt werden können. Die trudeln nicht gleichzeitig bei FHEM ein, daher setze ich die Werte unabhängig voneinander.

Timeout
Sollten mal die Updates der Anzeige fehlschlagen (Übertragung zum Arduino, FHEM läuft nicht, Thermometer senden nicht mehr, ..) stellt der Arduino den Wert auf „-0,0“ um zu demonstrieren, dass ihm Werte fehlen. Dies passiert über einen konfigurierbaren Timeout (derzeit 30 Minuten). Damit beuge ich dem Problem vor, dass ich tagelang eine eingefrorene Anzeige habe und nicht mitbekomme, dass die Werte veraltet sind.

FHEM
In FHEM habe ich das ganze dann stumpf umgesetzt, indem ich die Werte direkt auf das serielle Device schreibe, ohne dieses vorher zu konfigurieren. Dafür gibt es garantiert hübschere und sauberere Wege, aber dieser funktioniert einwandfrei – warum dann mehr Arbeit reinstecken?! 😀

define Outdoor_Temp_Board notify Indoor:T:.* {\
open(FILE,“>/dev/ttyUSB0″);;\
print FILE „1:“;; print FILE %EVTPART1;; print FILE „\n“;;\
close(FILE);;\
}

IV-18 Tube

Ich wollte schon immer mal eine Nixie Uhr bauen. Der ebay-Händler bei dem ich mir die Nixies besorgt habe, hatte auch sehr günstig ein Doppelpack IV-18 Röhren im Angebot. Also muss ich halt 2-3 Uhren bauen 😀

Die IV-18 Röhre wird waagerecht eingebaut und zeigt acht 7-Segment-Anzeigen + Vorzeichen. Grundsätzlich hat die IV-18 nichts mit den glühenden Nixie-Röhren zu tun, da die Nixies Glühdrähte haben und die IV-18 eine Fluoreszenzanzeige ist.

Ich habe mich an der Ice-Tube-Clock von Adafruit orientiert. Aus dem Schaltplan habe ich mir die Spannungsversorgung rausgesucht. Den Microcontroller-Teil habe ich dann aber angepasst. Ich will keine Taster zum Einstellen der Uhrzeit sondern einen DCF77 Empfänger, der das für mich macht. Die Software für die Uhr will ich auch selbst schreiben. Zudem stellt Adafruit den Microcontroller auf eine andere Frequenz ein und lässt diesen die Uhrzeit weiter zählen. Aus meiner Erfahrung ist das eher ungenau und ich finde es auch unnötig kompliziert. In meiner Schaltung habe ich für die Aufgabe eine RTC verbaut.

Die Röhre braucht eine relativ hohe Spannung für den Betrieb (~60 V). Als Eingangsspannung für die ganze Schaltung sind aber nur 12 V verfügbar. Das Boost Power Supply von LadyAda sorgt mit Hilfe von Induktion für eine Erhöhung der Spannung. Dazu wird eine Spule (der Induktor) mit einer gewissen Frequenz geladen und entladen. Durch die Induktion wird eine hohe Spannung erzeugt. Diese wird durch Kondensatoren geglättet, sodass man eine halbwegs konstante Spannung erreicht, die höher ist als die Eingangsspannung.
Die Frequenz bestimmt die Ausgangsspannung. Zum Erzeugen der Frequenz wird ein PWM-Ausgang am Microcontroller benutzt. So kann man über den Quelltext die Spannung regeln.
Mit der originalen PWM-Frequenz des Arduino habe ich leider eine Resonanzfrequenz des Induktors getroffen – die Spule fing an zu singen. Wie man die PWM-Frequenz ändern kann steht hier.

Das Ansteuern der Anzeige erfolgt über ein Multiplexen der einzelnen 7-Segment-Anzeigen. Über den MAX6921 Treiber werden pro Spalte die gewünschten Segmente eingeschaltet. Beim Multiplexen leuchtet immer nur eine Anzeige zur gleichen Zeit. Das Auge ist aber träge und bekommt den schnellen Wechsel der Spalten nicht mit – dadurch sieht es so aus als würden alle gleichzeitig leuchten.

Aktuell habe ich die RTC angebunden und das Multiplexen programmiert. Was noch fehlt ist eine zuverlässige Anbindung des DCF77-Empfängers und ein Gehäuse. Die aktuelle DCF77-Implementierung will noch nicht so richtig. Quelltext siehe unten.

 

 

Quelltext

#include "DS1307RTC.h"
#include "Wire.h"
#include "DCF77.h"
#include "Time.h"
 
//////////////
// Settings //
//////////////

// Pin-Settings
#define VFDPWR    9 // Power On/Off the VCC for the Tube and the Driver
#define BLANK     7 // Driver: If this is HIGH, the driver sets all Outputs to LOW
#define LOAD      8 // Driver: Loads the data from shift register to output latch
#define CLK      13 // Driver: Shifts in a Bit on rising edge
#define DIN      11 // Driver: Data In (gets shiftet on CLK rising edge)
#define BOOST    10 // PWM-Signal for boost power supply
#define DCF_DATA  2 // DCF: Data Pin
#define DCF_INT   0 // DCF: Interrupt of DCF_DATA Pin

//////////////
// Mappings //
//////////////

// Decimal numbers to bitmask for the 7-segments (+ decimal Point)
uint8_t number_bitmask[11] = {
  0b11101110, // 0
  0b00100100, // 1
  0b01111010, // 2
  0b01110110, // 3
  0b10110100, // 4
  0b11010110, // 5
  0b11011111, // 6
  0b01100100, // 7
  0b11111110, // 8
  0b11110111, // 9
  0b00000000  // 10 = off
};

// Bitmask for selecting the digits from left to right
uint8_t digit_bitmask[9] = {
  0b00000100, // left most 7-segment digit
  0b00100000,
  0b00010000,
  0b00001000,
  0b01000000,
  0b00000010,
  0b10000000,
  0b00000001, // right most 7-segment digit
  0b00000000  // signs (dot and minus)
};

// Bitmasks for the minus and the dot
uint8_t dot_bitmask   = 0b00000001;
uint8_t minus_bitmask = 0b00010000;

/////////////////
// Global vars //
/////////////////
boolean dot = true;
boolean minus = false;

byte current_digit = 0;
byte display_value[8] = {0,0,10,0,0,10,0,0};

DCF77 DCF = DCF77(DCF_DATA,DCF_INT);

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

///////////
// Setup //
///////////
void setup(){
  pinMode(VFDPWR,  OUTPUT);
  pinMode(BLANK,   OUTPUT);
  pinMode(LOAD,    OUTPUT);
  pinMode(CLK,     OUTPUT);
  pinMode(DIN,     OUTPUT);
  
  digitalWrite(VFDPWR, LOW); // Enable VFD-Module
  digitalWrite(BLANK , LOW); // Disable blank
  
  DCF.Start();
  RTC.set(0);
  
  // Divide PWM frequency to prevent inductor from singing
  setPwmFrequency(BOOST, 8);
  analogWrite(BOOST,40);
}

//////////
// Loop //
//////////
void loop(){
  // Set Boost-Value with Poti and display on Tube
//  byte val = map(analogRead(A1),0,1023,0,255);
//  analogWrite(BOOST,val);
  /*
  display_value[7] = val % 10;
  display_value[6] = (val/10) % 10;
  display_value[5] = val/100;
  */
  
  time_t DCFtime = DCF.getTime(); // Check if new DCF77 time is available
  if(DCFtime != 0){
    RTC.set(DCFtime);
    dot = false;
  }
   
  time_t rtc_time = RTC.get();
  display_value[0] = hour(rtc_time)/10;
  display_value[1] = hour(rtc_time)%10;
  display_value[3] = minute(rtc_time)/10;
  display_value[4] = minute(rtc_time)%10;
  display_value[6] = second(rtc_time)/10;
  display_value[7] = second(rtc_time)%10;
  
  // Show Value on Tube
  multiplex();
}

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

////////////////////////////
// display values on tube //
////////////////////////////
void multiplex(){
  uint8_t value = 0;
  boolean signs = LOW;
  
  if(current_digit == 9) current_digit = 0;
  
  if(current_digit == 8){
    if(dot) value = value | dot_bitmask;
    if(minus) value = value | minus_bitmask;
    signs = HIGH;
  }else{
    value = number_bitmask[display_value[current_digit]];
  }
  
  digitalWrite(LOAD, LOW);
  
  my_shiftOut(DIN, CLK, digit_bitmask[current_digit]);

  digitalWrite(DIN, signs);
  digitalWrite(CLK, LOW);
  digitalWrite(CLK, HIGH);
  
  digitalWrite(DIN, LOW);
  digitalWrite(CLK, LOW);
  digitalWrite(CLK, HIGH);
  
  digitalWrite(DIN, LOW);
  digitalWrite(CLK, LOW);
  digitalWrite(CLK, HIGH);
  
  digitalWrite(DIN, LOW);
  digitalWrite(CLK, LOW);
  digitalWrite(CLK, HIGH);
  
  my_shiftOut(DIN, CLK, value);

  digitalWrite(LOAD, HIGH);
  
  current_digit++;
}

//////////////
// Changed original shiftOut to use rising edge instead of falling edge
//////////////
void my_shiftOut(uint8_t dataPin, uint8_t clockPin, uint8_t val){
  uint8_t i;

  for(i = 0; i < 8; i++){
    digitalWrite(dataPin, !!(val & (1 << (7 - i))));
    digitalWrite(clockPin, LOW);
    digitalWrite(clockPin, HIGH);
  }
}

//////////////
// Divide PWM Frequency
//////////////
// http://playground.arduino.cc/Code/PwmFrequency#.UySCqdt1uVc
void setPwmFrequency(int pin, int divisor) {
  byte mode;
  if(pin == 5 || pin == 6 || pin == 9 || pin == 10) {
    switch(divisor) {
      case 1: mode = 0x01; break;
      case 8: mode = 0x02; break;
      case 64: mode = 0x03; break;
      case 256: mode = 0x04; break;
      case 1024: mode = 0x05; break;
      default: return;
    }
    if(pin == 5 || pin == 6) {
      TCCR0B = TCCR0B & 0b11111000 | mode;
    } else {
      TCCR1B = TCCR1B & 0b11111000 | mode;
    }
  } else if(pin == 3 || pin == 11) {
    switch(divisor) {
      case 1: mode = 0x01; break;
      case 8: mode = 0x02; break;
      case 32: mode = 0x03; break;
      case 64: mode = 0x04; break;
      case 128: mode = 0x05; break;
      case 256: mode = 0x06; break;
      case 1024: mode = 0x7; break;
      default: return;
    }
    TCCR2B = TCCR2B & 0b11111000 | mode;
  }
}

 

433 Mhz / IR Board

Arduino 433Mhz / IR Board

 433_ir_board_1 433_ir_board_2
Das 433Mhz / IR Board habe ich mir zusammengebaut, um für die Versuche mit den Funksteckdosen und IR-Fernbedienungen nicht ständig alles auf dem Steckbrett zusammenstecken zu müssen. Das Modul ist komplett fertig mit 433Mhz Empfänger und Sender, sowie IR-Sender und -Empfänger. Der passende Quelltext dazu ermöglicht das Auslesen oder Senden bestimmter Codes.

Lochraster Layout

433_ir_board_lr
R1 = 33 Ohm
R2 = 1 kOhm
T1 = 2N2222

Quelltext

    /*
     * Torsten Amshove <torsten@amshove.net>
     *
     * IR_433_Board - Selbstgelötetes Board mir IR Sender/Empfänger und 433Mhz Sender/Empfänger
     *
     * Pin 2 - 433 Mhz Empfänger - Ist vorgegeben, kann nicht geändert werden
     * Pin 3 - IR Sender         - Ist vorgegeben, kann nicht geändert werden
     * Pin 4 - IR Empfänger
     * Pin 5 - 433 Mhz Sender
     *
     * Alle anderen sind unbenutzt. 
     * Spannungsversorgung über die beiden Kabel:
     *  links  - GND
     *  rechts - VCC (5V)
     *
     * Ausgabe über Seriell: 9600 baud 8N1
     *
     * Zum Senden des letzten Empfangenen Befehls gibt es zwei Möglichkeiten:
     *  Seriell  - Eingabe eines beliebiegen Zeichens in der seriellen Konsole
     *  Schalter - Durch Drücken eines angeschlossenen Schalters (schaltet auf GND)
     *
     * Code auf Basis der Beispiele aus der IRLibrary von Ken Shirriff und der RemoteSwitch-Library von Randy Simons
     *  IRLibrary:    http://www.arcfn.com/2009/08/multi-protocol-infrared-remote-library.html
     *  RemoteSwitch: http://randysimons.com/overige/browsable/433MHz/
     */
     
    #include <IRremote.h>
    #include <RemoteReceiver.h>
    #include <RemoteSwitch.h>
     
    const int RECV_PIN_IR  =  4;
    const int SEND_PIN_433 =  5;
    const int BUTTON_PIN   = 12;
    const int DEBUG_LED    = 13;
     
    // IR Initialisierung
    IRrecv irrecv(RECV_PIN_IR);
    IRsend irsend;
    decode_results results;
     
    // Welches Signal wurde zuletzt empfagen? 1 = IR, 2 = 433 Mhz
    int last_method = 0;
     
    void setup()
    {
      Serial.begin(9600);
      irrecv.enableIRIn(); // Startet den IR-receiver
     
      RemoteReceiver::init(0, 3, showCode_433); // Startet den 433 Mhz Empfänger - showCode_433 wird bei Empfang eines Signals automatisch aufgerufen
     
      pinMode(BUTTON_PIN,INPUT);
      digitalWrite(BUTTON_PIN,HIGH);
      pinMode(DEBUG_LED,OUTPUT);
    }
     
    // Storage for the recorded code (IR)
    int codeType = -1; // The type of code
    unsigned long codeValue; // The code value if not raw
    unsigned int rawCodes[RAWBUF]; // The durations if raw
    int codeLen; // The length of the code
    int toggle = 0; // The RC5/6 toggle state
     
    void loop() {
      // IR Signal empfangen
      if(irrecv.decode(&results)){
        digitalWrite(DEBUG_LED,HIGH);
     
        // Zeile zum automatischen Auslesen: - und speichern der Werte
        storeCode_ir(&results);
        last_method = 1;
     
        // Zeilen mit mehr Details:
        Serial.println("#### IR ####");
        dump_ir(&results);
     
        Serial.println("");
     
        irrecv.resume(); // Receive the next value
        digitalWrite(DEBUG_LED,LOW);
      }
     
      // Button gedrückt / Zeichen eingegeben -> Signal senden
      if(digitalRead(BUTTON_PIN) == LOW || Serial.read() != -1){
        digitalWrite(DEBUG_LED,HIGH);
     
        Serial.println("#### Senden ####");
     
        if(last_method == 0){
          Serial.println("# FEHLER: Noch kein Signal empfangen");
        }else if(last_method == 1){
          Serial.println("## IR");
          sendCode_ir(0);
        }else if(last_method == 2){
          Serial.println("## 433");
          sendCode_433();
        }
     
        Serial.println("");
     
        digitalWrite(DEBUG_LED,LOW);
      }
    }
     
    // ######## 433 Mhz ########
    unsigned long savedCode;
     
    void showCode_433(unsigned long receivedCode, unsigned int period) {  
      digitalWrite(DEBUG_LED,HIGH);
     
      RemoteReceiver::disable();
     
      //Need interrupts for delay
      interrupts();
     
      unsigned long code;
      unsigned long code1;
      unsigned long code2;
      unsigned long periode2;
     
      //Copy the received code.
      code = receivedCode;
      code1 = code;
      code = code  & 0xFFFFF; //truncate to 20 bits for show; receivedCode is never more than 20 bits..
      code2 = code;
      //Add the period duration to the code. Range: [0..511] (9 bit)
      code |= (unsigned long)period << 23;
      //Add the number of repeats to the code. Range: [0..7] (3 bit). The actual number of repeats will be 2^(repeats), 
      //in this case 8
      code |= 3L << 20;
     
      // Zeile zum automatischen Auslesen:
      Serial.print("433Mhz: ");
      Serial.println(code);
     
      // Zeilen mit mehr Details:  
      Serial.println("#### 433Mhz ####");
      Serial.print("# Code ohne shift:  ");
      Serial.println(code1);
      Serial.print("# Code mit Shift 0xFFFFF:  ");
      Serial.println(code2);
      Serial.print("# Periode:  ");
      Serial.println(period);
      periode2 |= (unsigned long)period << 23;
      Serial.print("# Periodee mit <<23:  ");
      Serial.println(periode2);
      Serial.print("# Code mit Anzahl Wiederholungen, also komplett:  ");
      Serial.println(code);
     
      // Code speichern
      savedCode = code;
      last_method = 2;
     
      Serial.println("");
     
      RemoteReceiver::enable();
     
      digitalWrite(DEBUG_LED,LOW);
    }
     
    void sendCode_433(){
      //Disable the receiver; otherwise it might pick up the retransmit as well.
      RemoteReceiver::disable();
     
      //Need interrupts for delay
      interrupts();
     
      Serial.print("# Code: ");
      Serial.println(savedCode);
     
      RemoteSwitch::sendTelegram(savedCode,SEND_PIN_433);
     
      RemoteReceiver::enable();
    }
     
     
    // ######## IR ########
     
    // Dumps out the decode_results structure.
    // Call this after IRrecv::decode()
    // void * to work around compiler issue
    //void dump(void *v) {
    //  decode_results *results = (decode_results *)v
    void dump_ir(decode_results *results) {
      int count = results->rawlen;
      if (results->decode_type == UNKNOWN) {
        Serial.println("# Could not decode message");
      } 
      else {
        if (results->decode_type == NEC) {
          Serial.print("# Decoded NEC: ");
        } 
        else if (results->decode_type == SONY) {
          Serial.print("# Decoded SONY: ");
        } 
        else if (results->decode_type == RC5) {
          Serial.print("# Decoded RC5: ");
        } 
        else if (results->decode_type == RC6) {
          Serial.print("# Decoded RC6: ");
        }
        Serial.print(results->value, HEX);
        Serial.print(" (");
        Serial.print(results->bits, DEC);
        Serial.println(" bits)");
      }
      Serial.print("# Raw (");
      Serial.print(count, DEC);
      Serial.print("): ");
     
      for (int i = 0; i < count; i++) {
        if ((i % 2) == 1) {
          Serial.print(results->rawbuf[i]*USECPERTICK, DEC);
        } 
        else {
          Serial.print(-(int)results->rawbuf[i]*USECPERTICK, DEC);
        }
        Serial.print(" ");
      }
      Serial.println("");
    }
     
    // Stores the code for later playback
    // Most of this code is just logging
    void storeCode_ir(decode_results *results) {
      Serial.print("IR: ");
      codeType = results->decode_type;
      Serial.print("codeType: ");
      Serial.print(codeType);
      Serial.print(" (");
      if (codeType == NEC) {
        Serial.print("NEC");
      } else if (codeType == SONY) {
        Serial.print("SONY");
      } else if (codeType == RC5) {
        Serial.print("RC5");
      } else if (codeType == RC6) {
        Serial.print("RC6");
      } else if (codeType == UNKNOWN) {
        Serial.print("UNKNOWN");
      }  
      Serial.print(")");
     
      int count = results->rawlen;
      if (codeType == UNKNOWN) {
        codeLen = results->rawlen - 1;
        Serial.print(" rawCodes: ");
        // To store raw codes:
        // Drop first value (gap)
        // Convert from ticks to microseconds
        // Tweak marks shorter, and spaces longer to cancel out IR receiver distortion
        for (int i = 1; i <= codeLen; i++) {
          if (i % 2) {
            // Mark
            rawCodes[i - 1] = results->rawbuf[i]*USECPERTICK - MARK_EXCESS;
          } else {
            // Space
            rawCodes[i - 1] = results->rawbuf[i]*USECPERTICK + MARK_EXCESS;
          }
    //        Serial.print(rawCodes[i - 1], DEC);
          Serial.print(rawCodes[i - 1]);
          Serial.print(",");
        }
      } else {
        if (results->value != REPEAT) {
    //      Serial.println(results->value, HEX);
          codeValue = results->value;
          Serial.print(" codeValue: ");
          Serial.print(codeValue);
          codeLen = results->bits;
        }
      }
      Serial.print(" codeLen: ");
      Serial.print(codeLen);
      Serial.println("");
    }
    /*
      codeType = results->decode_type;
      int count = results->rawlen;
      if (codeType == UNKNOWN) {
        Serial.println("# Received unknown code, saving as raw");
        codeLen = results->rawlen - 1;
        // To store raw codes:
        // Drop first value (gap)
        // Convert from ticks to microseconds
        // Tweak marks shorter, and spaces longer to cancel out IR receiver distortion
        Serial.print("#");
        for (int i = 1; i <= codeLen; i++) {
          if (i % 2) {
            // Mark
            rawCodes[i - 1] = results->rawbuf[i]*USECPERTICK - MARK_EXCESS;
            Serial.print(" m");
          } 
          else {
            // Space
            rawCodes[i - 1] = results->rawbuf[i]*USECPERTICK + MARK_EXCESS;
            Serial.print(" s");
          }
          Serial.print(rawCodes[i - 1], DEC);
        }
        Serial.println("");
      }
      else {
        if (codeType == NEC) {
          Serial.print("# Received NEC: ");
          if (results->value == REPEAT) {
            // Don't record a NEC repeat value as that's useless.
            Serial.println("repeat; ignoring.");
            return;
          }
        } 
        else if (codeType == SONY) {
          Serial.print("# Received SONY: ");
        } 
        else if (codeType == RC5) {
          Serial.print("# Received RC5: ");
        } 
        else if (codeType == RC6) {
          Serial.print("# Received RC6: ");
        } 
        else {
          Serial.print("# Unexpected codeType ");
          Serial.print(codeType, DEC);
          Serial.println("");
        }
        Serial.println(results->value, HEX);
        codeValue = results->value;
        codeLen = results->bits;
      }
    }
    */
     
    void sendCode_ir(int repeat) {
      if (codeType == NEC) {
        if (repeat) {
          irsend.sendNEC(REPEAT, codeLen);
          Serial.println("# Sent NEC repeat");
        } 
        else {
          irsend.sendNEC(codeValue, codeLen);
          Serial.print("# Sent NEC ");
          Serial.println(codeValue, HEX);
        }
      } 
      else if (codeType == SONY) {
        irsend.sendSony(codeValue, codeLen);
        Serial.print("# Sent Sony ");
        Serial.println(codeValue, HEX);
      } 
      else if (codeType == RC5 || codeType == RC6) {
        if (!repeat) {
          // Flip the toggle bit for a new button press
          toggle = 1 - toggle;
        }
        // Put the toggle bit into the code to send
        codeValue = codeValue & ~(1 << (codeLen - 1));
        codeValue = codeValue | (toggle << (codeLen - 1));
        if (codeType == RC5) {
          Serial.print("# Sent RC5 ");
          Serial.println(codeValue, HEX);
          irsend.sendRC5(codeValue, codeLen);
        } 
        else {
          irsend.sendRC6(codeValue, codeLen);
          Serial.print("# Sent RC6 ");
          Serial.println(codeValue, HEX);
        }
      } 
      else if (codeType == UNKNOWN /* i.e. raw */) {
        // Assume 38 KHz
        irsend.sendRaw(rawCodes, codeLen, 38);
        Serial.println("# Sent raw");
      }
    }

 

DCF77 Funkuhr

Arduino DCF77 Funkuhr

Die DCF77 Funkuhr ist ein Projekt für eine Funkuhr mit dem Arduino. Derzeit habe ich das DCF77 Funkmodul mit dem 7-Segment-Board kombiniert. In dem aktuellen Code werden die Sekunden noch über den internen Interrupt des Microcontrollers gezählt. Da das aber sehr ungenau ist (über Nacht 5min Abweichung ..) wird als nächstes die RTC mit angeklemmt.
Der Code basiert auf dem Beispielcode von J.M. Lietaer. Nachteil an dem Code ist jedoch, dass das DCF-Signal nicht überprüft wird. Deswegen habe ich eine Funktion geschrieben, die die Paritätsbits auswertet:

boolean validateDCFsignal(){
  // Check bit 20 - should be 1
  if(DCF77signal[20] != 1){
    #ifdef DEBUG
      Serial.println("VALIDATE: Bit 20 NOT 1");
      Serial.println("");
    #endif
    return false;
  }
 
  // Check parity bit 27 - parity for minutes
  int parity = DCF77signal[21] ^ DCF77signal[22] ^ DCF77signal[23] ^ DCF77signal[24] ^ DCF77signal[25] ^ DCF77signal[26] ^ DCF77signal[27];
  if(parity != DCF77signal[28]){
    #ifdef DEBUG
      Serial.print("VALIDATE: Parity Bit 27 (minutes) should be ");
      Serial.print(parity);
      Serial.print(" NOT ");
      Serial.println(DCF77signal[28]);
      Serial.println("");
    #endif
    return false;
  }
 
  // Check parity bit 35 - parity for hours
  parity = DCF77signal[29] ^ DCF77signal[30] ^ DCF77signal[31] ^ DCF77signal[32] ^ DCF77signal[33] ^ DCF77signal[34];
  if(parity != DCF77signal[35]){
    #ifdef DEBUG
      Serial.print("VALIDATE: Parity Bit 35 (hours) should be ");
      Serial.print(parity);
      Serial.print(" NOT ");
      Serial.println(DCF77signal[35]);
      Serial.println("");
    #endif
    return false;
  }
 
  // Check parity bit 58 - parity for date
  parity = DCF77signal[36] ^ DCF77signal[37] ^ DCF77signal[38] ^ DCF77signal[39] ^ DCF77signal[40] ^ DCF77signal[41] ^ DCF77signal[42] ^ DCF77signal[43] ^ DCF77signal[44] ^ DCF77signal[45] ^ DCF77signal[46] ^ DCF77signal[47] ^ DCF77signal[48] ^ DCF77signal[49] ^ DCF77signal[50] ^ DCF77signal[51] ^ DCF77signal[52] ^ DCF77signal[53] ^ DCF77signal[54] ^ DCF77signal[55] ^ DCF77signal[56] ^ DCF77signal[57];
  if(parity != DCF77signal[58]){
    #ifdef DEBUG
      Serial.print("VALIDATE: Parity Bit 58 (date) should be ");
      Serial.print(parity);
      Serial.print(" NOT ");
      Serial.println(DCF77signal[58]);
      Serial.println("");
    #endif
    return false;
  }
 
  #ifdef DEBUG
    Serial.println("VALIDATE: OK");
    Serial.println("");
  #endif
  return true;
}

Das ganze ist derzeit noch als Bastel-Code zu sehen. Das ist noch nicht fertig und nicht einsatzbereit.

Quellcode

    /*
     * Torsten Amshove <torsten@amshove.net>
     *
     * DCF77 Uhr mit Ausgabe über 7-Segmentanzeigen
     *
     * Die Uhr wird mit einem Timer2-Interrupt betrieben.
     * Das DCF77 Modul muss an Port 2 betrieben werden, damit der externe Interrupt ausgelöst wird.
     *
     * Die decodierung des DCF77-Signals kommt von J.M. Lietaer
     *  - http://www.arduino.cc/cgi-bin/yabb2/YaBB.pl?num=1266858603
     *
     * Der Timer Interrupt kommt von Mathias Dalheimer
     *  - http://gonium.net/md/2007/04/18/tweaking-the-code/index.html
     *
     * Weitere Links:
     *  - https://secure.wikimedia.org/wikipedia/en/wiki/DCF77#Time_code_interpretation
     *  - https://secure.wikimedia.org/wikipedia/de/wiki/DCF77#Zeitinformation
     *
     *
     * ToDo:
     *  - DayOfWeek speichern
     *  - DCF77 automatisch aktivieren (alle 8 std?)
     *  - Datum weiterzählen?!
     */
     
     
    #define DEBUG 1        // Turn debugging on/off
     
    #define BLINKLED 13      // Blink every second
    #define SWITCH 10        // Pin to switch to trigger DCF77 receiver
    #define DCF77 3          // digital in - Pin 3 = external interrupt 1 - DCF77 module - if you change this, you have to change the interrupt in setup()
    #define DCF77pon 12      // Pin to enable/disable DCF77 module (PON)
    boolean DCF77value = LOW;// digital value from DCF77 module
    int DCF77data = 0;       // 0 = low / 1 = high
    int DCF77start = 0;      // start high in millis
    int DCF77tick = 0;       // most recent in millis 
    int DCF77signal[60];     // array of DCF77 values (http://en.wikipedia.org/wiki/DCF77#Time_code_interpretation) 
    int DCF77count = 0;      // count variable for array manipulation
    int DCF77dw = 0;         // day of week translation (e.g. 1 = Monday)
     
    // Time to save for internal clock
    volatile int hour = 0;
    volatile int minute = 0;
    volatile int second = 0;
    volatile int day = 0;
    volatile int month = 0;
    volatile int year = 0;
    volatile boolean status = HIGH;  // Switches every second
     
    /**
     * Definitions for the timer interrupt 2 handler:
     * The Arduino runs at 16 Mhz, we use a prescaler of 64 -> We need to 
     * initialize the counter with 6. This way, we have 1000 interrupts per second.
     * We use tick_counter to count the interrupts.
     */
    #define INIT_TIMER_COUNT 6
    #define RESET_TIMER2 TCNT2 = INIT_TIMER_COUNT
    int tick_counter = 0;
     
    // 7-Segment-Anzeige
    const int latchPin = 4;        // ST_CP Pin des 74HC595 (Schieberegister)
    const int clockPin = 5;        // SH_CP Pin des 74HC595 (Schieberegister)
    const int dataPin = 6;         // DS Pin des 74HC595 (Schieberegister)
     
    volatile boolean initialSetup = 1; // Zeige Spielerei solang kein Signal empfangen wurde
    long previousMillis = 0;           // Der loop-"delay" der Spielerei
    int posCounter = 0;                // Der Positions-Counter des Spielerei-Arrays
     
    const uint8_t num[10] = {      // Binaere Codierung der Ziffern 0-9 der 7-Segmentanzeigen
      0b10000010, // 0
      0b11011011, // 1
      0b00000111, // 2
      0b00010011, // 3
      0b01011010, // 4
      0b00110010, // 5
      0b00100010, // 6 
      0b10011011, // 7
      0b00000010, // 8
      0b00010010  // 9
    };
     
    const uint8_t initial[] = {    // Initialisierungs-Spielerei ..
      0b11111011,
      0b11110011,
      0b11100011,
      0b11100010,
      0b10100010,
      0b10000010,
      0b10000110,
      0b10001110,
      0b10011110,
      0b10011111,
      0b11011111,
      0b11111111
    };
     
    ////////////////////////////////////////////////////////////////////////
     
    // Setup
    void setup() {
      pinMode(SWITCH, INPUT);
      pinMode(DCF77, INPUT);
      pinMode(DCF77pon, OUTPUT);
     
      digitalWrite(SWITCH, HIGH);
      digitalWrite(DCF77pon, LOW);
     
      attachInterrupt(1,interruptDCF77,CHANGE); // External Interrupt 1 = Pin 3
      SetupTimer2(); 
     
      // Schieberegister (7-Segmentanzeigen)
      pinMode(latchPin, OUTPUT);
      pinMode(clockPin, OUTPUT);
      pinMode(dataPin, OUTPUT);
     
      #ifdef DEBUG 
        Serial.begin(9600);
      #endif
    }
     
    // Loop
    void loop() {  
      // If SWITCH is pressed, toggle DCF77 module on
      if(digitalRead(SWITCH) == LOW){
        digitalWrite(DCF77pon, LOW);
      }
     
      // If there is no signal on power-on just play a bit
      if(initialSetup == 1){
        writeInitialSetup();
      }
    }
     
     
    //////////// Timer Interrupt ////////////
     
    // Timer-Interrupt (count Seconds)
    ISR(TIMER2_OVF_vect){
      RESET_TIMER2;
      tick_counter += 1;
      if (tick_counter == 1000) {
        second++;
        if(second == 60){
          second = 0;
          minute++;
          if(minute == 60){
            minute = 0;
            hour++;
            if(hour == 24){
              hour = 0;
            }
          }
          writeClock();
        }
        status = !status;
        digitalWrite(BLINKLED,status);
        tick_counter = 0;
     
        #ifdef DEBUG
          int h2 = hour % 10;
          int h1 = (hour - h2) / 10;
          Serial.print(h1);
          Serial.print(h2);
          Serial.print(":");
          int m2 = minute % 10;
          int m1 = (minute - m2) / 10;
          Serial.print(m1);
          Serial.print(m2);
          Serial.print(":");
          int s2 = second % 10;
          int s1 = (second - s2) / 10;
          Serial.print(s1);
          Serial.print(s2);
          Serial.println(" Uhr");
        #endif
      }
    }
     
    // Initialize Timer2 Interrupt
    unsigned char SetupTimer2(){
      // Set prescaler to 64 (16Mhz / 64)
      TCCR2B |= (1<<CS22);                   // turn on CS22 bit
      TCCR2B &= ~((1<<CS21) | (1<<CS20));    // turn off CS21 and CS20 bits   
      // Normal Mode
      TCCR2A &= ~((1<<WGM21) | (1<<WGM20));  // turn off WGM21 and WGM20 bits 
      TCCR2B &= ~(1<<WGM22);                 // turn off WGM22
      //Timer2 Overflow Interrupt Enable  
      TIMSK2 |= (1<<TOIE2) | (0<<OCIE2A);    
      RESET_TIMER2;
    }
     
     
    //////////// DCF77 ////////////
     
    // External Interrupt for DCF77 module - Read the DCF77 Signal
    void interruptDCF77() {
      DCF77value = digitalRead(DCF77);
      if(DCF77value == HIGH){
        if (DCF77data == 0) {
          DCF77start = millis();
          if (DCF77start - DCF77tick > 1200) {
            // Signal complete - Save and reset
            saveReceivedSignal();
            for (DCF77count = 0; DCF77count < 60; DCF77count = DCF77count + 1) {
              DCF77signal[DCF77count] = 0;
            }
            DCF77count = 0;
          }
          else {
            if (DCF77start - DCF77tick > 850) {
              DCF77signal[DCF77count] = 0;
            }
            else {
              if (DCF77start - DCF77tick < 850) {
                if (DCF77start - DCF77tick > 650) {
                  DCF77signal[DCF77count] = 1;
                }
              }
            }
            if (DCF77start - DCF77tick > 650) {
              DCF77count = DCF77count + 1;
            }
          }
        }
        DCF77data = 1;
        DCF77tick = millis();
      }
      else {
        DCF77data = 0;
      }
    }
     
    // Validate the DCF77 signal (parity bits, etc)
    boolean validateDCFsignal(){
      // Check bit 20 - should be 1
      if(DCF77signal[20] != 1){
        #ifdef DEBUG
          Serial.println("VALIDATE: Bit 20 NOT 1");
          Serial.println("");
        #endif
        return false;
      }
     
      // Check parity bit 27 - parity for minutes
      int parity = DCF77signal[21] ^ DCF77signal[22] ^ DCF77signal[23] ^ DCF77signal[24] ^ DCF77signal[25] ^ DCF77signal[26] ^ DCF77signal[27];
      if(parity != DCF77signal[28]){
        #ifdef DEBUG
          Serial.print("VALIDATE: Parity Bit 27 (minutes) should be ");
          Serial.print(parity);
          Serial.print(" NOT ");
          Serial.println(DCF77signal[28]);
          Serial.println("");
        #endif
        return false;
      }
     
      // Check parity bit 35 - parity for hours
      parity = DCF77signal[29] ^ DCF77signal[30] ^ DCF77signal[31] ^ DCF77signal[32] ^ DCF77signal[33] ^ DCF77signal[34];
      if(parity != DCF77signal[35]){
        #ifdef DEBUG
          Serial.print("VALIDATE: Parity Bit 35 (hours) should be ");
          Serial.print(parity);
          Serial.print(" NOT ");
          Serial.println(DCF77signal[35]);
          Serial.println("");
        #endif
        return false;
      }
     
      // Check parity bit 58 - parity for date
      parity = DCF77signal[36] ^ DCF77signal[37] ^ DCF77signal[38] ^ DCF77signal[39] ^ DCF77signal[40] ^ DCF77signal[41] ^ DCF77signal[42] ^ DCF77signal[43] ^ DCF77signal[44] ^ DCF77signal[45] ^ DCF77signal[46] ^ DCF77signal[47] ^ DCF77signal[48] ^ DCF77signal[49] ^ DCF77signal[50] ^ DCF77signal[51] ^ DCF77signal[52] ^ DCF77signal[53] ^ DCF77signal[54] ^ DCF77signal[55] ^ DCF77signal[56] ^ DCF77signal[57];
      if(parity != DCF77signal[58]){
        #ifdef DEBUG
          Serial.print("VALIDATE: Parity Bit 58 (date) should be ");
          Serial.print(parity);
          Serial.print(" NOT ");
          Serial.println(DCF77signal[58]);
          Serial.println("");
        #endif
        return false;
      }
     
      #ifdef DEBUG
        Serial.println("VALIDATE: OK");
        Serial.println("");
      #endif
      return true;
    }
     
    // Set the global time/date variables
    void saveReceivedSignal(){
      #ifdef DEBUG
        showReceivedSignal();
      #endif
     
      if(validateDCFsignal()){
        initialSetup = 0; // Disable initial Setup
     
        hour = DCF77signal[29] * 1 + DCF77signal[30] * 2 + DCF77signal[31] * 4 + DCF77signal[32] * 8 + DCF77signal[33] * 10 + DCF77signal[34] * 20;
        minute = DCF77signal[21] * 1 + DCF77signal[22] * 2 + DCF77signal[23] * 4 + DCF77signal[24] * 8 + DCF77signal[25] * 10 + DCF77signal[26] * 20 + DCF77signal[27] * 40;
        second = 0;
        day = DCF77signal[36] * 1 + DCF77signal[37] * 2 + DCF77signal[38] * 4 + DCF77signal[39] * 8 + DCF77signal[40] * 10 + DCF77signal[41] * 20;
        month = DCF77signal[45] * 1 + DCF77signal[46] * 2 + DCF77signal[47] * 4 + DCF77signal[48] * 8 + DCF77signal[49] * 10;
        year = DCF77signal[50] * 1 + DCF77signal[51] * 2 + DCF77signal[52] * 4 + DCF77signal[53] * 8 + DCF77signal[54] * 10 + DCF77signal[55] * 20 + DCF77signal[56] * 40 + DCF77signal[57] * 80;
     
        RESET_TIMER2;
     
        digitalWrite(DCF77pon, HIGH); // Disable DCF77 module
     
        writeClock();
      }
    }
     
    // Dump received DCF77 signal
    void showReceivedSignal() {
      Serial.println("");
      Serial.println("---CYCLE---");
      for (DCF77count = 0; DCF77count < 60; DCF77count = DCF77count + 1) {
        Serial.print(DCF77signal[DCF77count]);
      }
      Serial.println("");
      Serial.print("M = ");
      Serial.println(DCF77signal[0]);
      Serial.print("R = ");
      Serial.println(DCF77signal[15]);
      Serial.print("A1 = ");
      Serial.println(DCF77signal[16]);
      Serial.print("Z1 = ");
      Serial.println(DCF77signal[17]);
      Serial.print("Z2 = ");
      Serial.println(DCF77signal[18]);
      Serial.print("A2 = ");
      Serial.println(DCF77signal[19]);
      Serial.print("S = ");
      Serial.println(DCF77signal[20]);
      DCF77dw = DCF77signal[42] * 1 + DCF77signal[43] * 2 + DCF77signal[44] * 4;
      Serial.print("DW = ");
      Serial.print(DCF77dw);
     
      switch (DCF77dw) {
      case 1:
        Serial.println(" (Monday)");
        break;
      case 2:
        Serial.println(" (Tuesday)");
        break;
      case 3:
        Serial.println(" (Wednesday)");
        break;
      case 4:
        Serial.println(" (Thursday)");
        break;
      case 5:
        Serial.println(" (Friday)");
        break;
      case 6:
        Serial.println(" (Saturday)");
        break;
      case 7:
        Serial.println(" (Sunday)");
        break;
      default: 
        Serial.println(" (?)");
      }
      Serial.print("DD = ");
      Serial.println(DCF77signal[36] * 1 + DCF77signal[37] * 2 + DCF77signal[38] * 4 + DCF77signal[39] * 8 + DCF77signal[40] * 10 + DCF77signal[41] * 20);
      Serial.print("MM = ");
      Serial.println(DCF77signal[45] * 1 + DCF77signal[46] * 2 + DCF77signal[47] * 4 + DCF77signal[48] * 8 + DCF77signal[49] * 10);
      Serial.print("YY = ");
      Serial.println(DCF77signal[50] * 1 + DCF77signal[51] * 2 + DCF77signal[52] * 4 + DCF77signal[53] * 8 + DCF77signal[54] * 10 + DCF77signal[55] * 20 + DCF77signal[56] * 40 + DCF77signal[57] * 80);
      Serial.print("HH = ");
      Serial.println(DCF77signal[29] * 1 + DCF77signal[30] * 2 + DCF77signal[31] * 4 + DCF77signal[32] * 8 + DCF77signal[33] * 10 + DCF77signal[34] * 20);
      Serial.print("MM = ");
      Serial.println(DCF77signal[21] * 1 + DCF77signal[22] * 2 + DCF77signal[23] * 4 + DCF77signal[24] * 8 + DCF77signal[25] * 10 + DCF77signal[26] * 20 + DCF77signal[27] * 40);
      Serial.println("SS = 0");
      if (DCF77signal[17] == 1) {
        Serial.println("CEST");  
     
      }
      if (DCF77signal[18] == 1) {
        Serial.println("CET");  
      }
     
      Serial.println("----------");
    }
     
     
    //////////// Write Display ////////////
     
    // Show clock on display
    void writeClock(){
      if(initialSetup == 0){
        int m2 = minute % 10;
        int m1 = (minute - m2)/10;
        int h2 = hour % 10;
        int h1 = (hour - h2)/10;
     
        digitalWrite(latchPin, LOW);
        shiftOut(dataPin, clockPin, MSBFIRST, num[h1]);
        shiftOut(dataPin, clockPin, MSBFIRST, num[h2]);
        shiftOut(dataPin, clockPin, MSBFIRST, num[m1]);
        shiftOut(dataPin, clockPin, MSBFIRST, num[m2]);
        digitalWrite(latchPin, HIGH); 
      }
    }
     
    // Show initial Setup (Spielerei)
    void writeInitialSetup() {
      unsigned long currentMillis = millis();
      if(currentMillis - previousMillis > 50) {
        previousMillis = currentMillis;
     
        digitalWrite(latchPin, LOW);
        shiftOut(dataPin, clockPin, MSBFIRST, initial[posCounter]);
        shiftOut(dataPin, clockPin, MSBFIRST, initial[posCounter]);
        shiftOut(dataPin, clockPin, MSBFIRST, initial[posCounter]);
        shiftOut(dataPin, clockPin, MSBFIRST, initial[posCounter]);
        digitalWrite(latchPin, HIGH);
     
        posCounter++;
        if(posCounter == 12){
          posCounter = 0;
        }
      }
    }